别墅围墙型式声屏障设计

2014-08-17何金平戴晓波邱贤锋

上海船舶运输科学研究所学报 2014年1期

何金平, 戴晓波，殷俊，邱贤锋

(1.中海船研科技股份有限公司，上海 200135；2.上海市路政局，上海 200063)

0 引言

随着城市交通的日益发展和汽车保有量的迅速增长，交通噪声污染也日趋严重。群众投诉不断增加。降低道路交通噪声污染的途径主要有汽车噪声源的治理，路面的改善，声屏障的使用、住宅隔声窗等手段。对于道路交通噪声治理，声屏障由于其简单、实用、可行、有效、一次性投资小, 成为目前被普遍使用的降低道路交通噪声对道路两侧区域局部环境污染的噪声污染防治措施。

根据声屏障降噪原理，若要取得最好的降噪效果，一方面使屏障尽量靠近声源，一方面尽量靠近敏感目标。目前声屏障设置常见于设置在主线路基一侧或者桥梁防撞墩上，对于城市区域快速路的声屏障设置，主线道路下可能会因为管线众多等原因使得声屏障实施较为困难，同时敏感点可能同时受到主线快速路和辅道的影响，如果将声屏障设置于靠近主线快速路一侧，仅可以有效降低主线对敏感点的影响，但是对于辅道车流量较大时，辅道噪声对于敏感点的影响仍然很大。因此声屏障的选择可根据敏感点情况选择围墙声屏障，既可以解决主线道路声屏障基础无法立足的困难，同时也综合解决主线和辅道噪声影响。以某别墅小区为例，介绍城市区域围墙声屏障设计。

1 项目概述

上海某别墅小区总占地面积38万m2，其中别墅区占地7万m2，整体建筑为2层独幢或双拼别墅，居住环境优美。别墅区东侧面对城市快速路，该快速路高架、地道和地面设计为双向8车道；地面辅道设计为双向4车道，主线设计车速为80 km/h，辅道设计车速为40 km/h，根据2011年主线道路交通流量监测，日均流量在5～10万辆，早晚高峰流量均达到4 000辆/h以上，而本区段辅道流量在单向高峰小时1 000辆以上，车型以小型客车为主，辅道同时有大型车辆。由于小区未采取任何降噪措施，因此道路交通噪声严重干扰了居民生活，投诉时有发生。

2 敏感点声环境现状

在临路第一排4号楼(编号见图2)和第二排4号楼别墅建筑二楼阳台面向道路一侧分别设置1个监测点，连续监测24 h，给出每小时等效连续A声级；根据监测结果，临路第一排监测点昼、夜噪声平均值为72.6 dB、67.2 dB，超过《城市区域环境噪声标准》(GB3096—2008)4a类分别为2.6 dB、12.2 dB；临路第二排监测点昼、夜噪声平均值为63.2 dB、58.5 dB，分别超标3.2 dB、8.5 dB，24 h噪声分布图见图1。

图1 小区24 h噪声分布图

由图1可知，该敏感点受到较严重的交通噪声影响，有必要开展噪声治理。

3 声屏障设计

快速路上交通噪声源以空气动力性噪声和轮胎/路面噪声为主，大型车辆的发动机噪声也占相当比例。降低道路交通噪声污染的途径主要有汽车噪声源的治理，路面的改善，传播途径阻隔(如声屏障)、建筑物防护(如隔声窗)等手段。在目前降低车辆噪声源较为困难的情况下，且别墅建筑门窗隔声效果一般较好，改善室外声环境也是优先考虑的目标，因此在道路两旁设置合适的声屏障是降低道路交通噪声污染的有效途径。

为了有效阻隔噪声的传播途径，屏障的设置位置可采用临噪声源一侧或临保护目标一侧，根据项目现场实际情况，可设置声屏障的位置主要有两处。其一，设置在城市快速路主辅分隔带处；其二设置在围墙处。但因为城市快速路地下管线众多，管线搬迁实施难度较大，使得屏障的基础无法立足。

在该项目中，敏感点同时受到主线和辅道噪声影响，因此将声屏障设置于围墙处的方案，既能解决主线管线和声屏障基础冲突的矛盾，又能综合解决主线和辅道对小区的噪声影响。别墅建筑高度一般较低矮，在围墙处设声屏障，能够对地面道路交通噪声起到良好的阻隔作用。

综合上述分析项目噪声治理适合采用围墙声屏障形式。

3.1 声学软件介绍

德国的RLS90模型的Cadna/A预测软件适用的车辆运行速度为30～130 km/h，满足我国城市道路的车辆运行速度现状要求；Cadna/A软件较充分地考虑了源强度与声波传播的影响因素[1]。如声源数目假定、车辆运行速度、公路纵坡、路面材质、空气和地面对声波的吸收、道路沿线地形物间的相互多重反射等许多方面。同时，Cadna/A作为一款软件，有别于我国现有同款软件的特点，其将地形、地物数字化，将任意形状的建筑物群、绿化林带和地形均作为声学环境模型的一部分，充分考虑了地形、地物对声传播反射和衍射效应。同时此模型还可以进行高层建筑物垂直方向的噪声预测，并绘制垂直方向的等声级曲线，是目前国际领先的声学软件，适用于该项目工况。

3.2 模型建模

将该项目地形图等资料输入Cadna/A软件，建立计算模型，建模效果见图2。图2中灰色部分分别为主线道路和辅道，左侧白色部分为敏感点别墅小区。

图2 基于Cadna/A模型建立的声学计算模型

3.3 降噪效果设定

理论上应该按《城市区域环境噪声标准》(GB3096—2008)4a标准确定降噪指标, 但对中环线这类噪声污染严重的城市主干道而言, 按标准确定指标, 不但工程造价极不经济, 而且无工程可行性。

若从改善声环境的角度来看, 一般降噪3 dB( 声能下降1/ 2) , 居民可以感受到噪声有所下降。若降噪6 dB( 声能下降3/ 4) , 则居民可以明显感受声环境改善。若降噪9 dB( 声能下降7/ 8) 以上, 则居民可以感到声环境显著改善。权衡降噪效果和投资、工程可行性的关系, 确定该项目噪声治理的降噪指标宜为6～ 9 dB。

3.4 声屏障设计方案

结合现场实际情况，原小区围墙高3 m，中间镂空装饰，围墙基础经结构验算，无法满足加装声屏障荷载要求，因此无法利用原有围墙。将现有围墙拆除，在原围墙位置上新建3 m高围墙，并在围墙上设置一定高度的声屏障；同时根据小区敏感点所处位置情况，使声屏障在北侧拐弯处沿围墙向西延伸30 m与原围墙相接，南侧拐弯处沿围墙向西延伸10 m与小区大门相连，采用此布置方式可以减少噪声从侧面进行传播。声屏障的设置长度约为242 m。

利用CADNA/A声学软件，对该别墅路段声场进行模拟。在别墅临快速路的第1排11幢建筑2楼设置噪声预测点，通过计算围墙上设置屏障前后的噪声差值，了解围墙上设置不同高度屏障的降噪量。计算选用3种高度进行，分别为5.5 m(3 m高围墙+2.5 m高声屏障)，6.5 m(3 m高围墙+3.5 m高声屏障)，7.5 m(3 m高围墙+4.5 m高声屏障)。计算结果见表1。

计算结果表明，方案一声屏障的总高度5.5 m时，可以获得5.5 dB的降噪效果，方案二总高度6.5 m高的声屏障可以获得平均约9 dB的降噪效果，方案三声屏障总高度7.5 m高时，平均降噪量为10 dB。方案二与方案一相比，高度增加1 m，增加3.5 dB，方案三与方案二相比，高度增加1 m，仅增加约1 dB的降噪效果，因此方案二相比方案三和方案一而言具有较高的工程性价比，方案二屏障实施后，别墅第二排及之后房屋噪声可以达标，第一排房屋昼间噪声达标，夜间有约3 dB的轻度超标。可见，实施6.5 m声屏障能较好的缓解快速路交通噪声对别墅的影响。从降噪效果、工程可行性、性价比等方面综合考虑，推荐采用6.5 m高度屏障。

4 声屏障结构与构造设计

按建筑结构荷载规范(GB50009—2001)计算，风荷载一般由三部分组成：一是平均风的作用；二是脉动风的背景脉动；三是由脉动风诱发抖振而产生的惯性力作用，它是脉动风谱和结构频率相近部分发生的共振响应。由于声屏障结构的风致振动很小，与静风荷载相比，动力风荷载是次要的，所以采用了<20 m水平加载长度的静阵风风速进行静阵风荷载抗风设计(包括平均风载和脉动风的背景响应二部分的综合效应)，已能满足声屏障在风作用下的抗风设计要求。

表1 不同屏障高度下的降噪量单位：dB(A)

风速取50 a重现期下的基本风压为0.55 kN/m2，相应基本风速取为31.3 m/s。

该次设计声屏障总高度为6.5 m，其中下部围墙部分高度为3 m，采用欧式装饰风格，与别墅小区整体风格相协调；上部声屏障屏体部分高度3.5 m，采用轻型金属结构。经过结构设计计算，采用天然独立基础作为本结构的基础形式，此基础形式具有造价相对便宜、施工方便、对路基和环境影响小的特点。

基础上部结构采用钢筋混凝土柱，混凝土柱之间采用砖墙形式以降低工程造价。混凝土柱与声屏障钢立柱采用预埋件相连接。

声屏障屏体的构造设计为阻抗复合型的吸声结构, 屏体构造及材料组合采用复合通孔吸声板+透明玻璃屏体，经实验室测试，该复合通孔吸声屏体降噪系数NRC达到0.65，超过《声屏障声学设计及测量规范》(HJ/T90—2004)中关于吸声屏体降噪系数的要求。

在屏体形式选择上，由于直弧形屏体其顶部弧度的作用可以相应增加屏障的等效高度，在降噪效果上有一定的增进作用，可以减少噪声的绕射并对屏障顶部噪声有吸声作用，降噪效果好，根据计算，直弧形较直立型基本可增加吸声效果0.5～1 dB，同时直弧形屏体形式曲直结合，美观大方，造价适中，因此设计中采用直弧型屏障(效果图见图3)。